Мононуклеары: моноциты и макрофаги. Мононуклеарная фагоцитарная система

В ходе развития мыши стволовая кроветворная клетка мезенхимального происхождения возникает в желточном мешке и на второй неделе онтогенеза мигрирует в эмбриональную печень, где возникают незрелые мононуклеарные фагоциты. На третьей неделе развития кроветворение начинается в костном мозге. Хотя фагоциты есть во всех тканях, в нормальных условиях пролиферирующие фагоциты можно обнаружить только в костном мозге. Наиболее незрелая клетка этого ряда, представляющая собой, по-видимому, прямой потомок коммитированной стволовой клетки,- это монобласт; при делении этой клетки образуются промоноциты - непосредственные предшественники моноцитов. Моноциты остаются в костном мозге очень короткое время, а затем попадают в кровоток, откуда проникают в различные ткани, чтобы превратиться в макрофаги. С помощью костномозговых химер и экспериментов по парабиозу было прямо показано, что в нормальном состоянии макрофаги, локализующиеся в разных тканях организма, образуются из циркулирующих в крови моноцитов. В целом в нормальном состоянии пролиферация макрофагов в тканях не играет никакого значения для обновления этой популяции клеток. Однако во многих исследованиях in vivo в экссудатах тканей обнаруживается небольшой процент (2-5%) делящихся клеток. Таким образом, вопрос о самообновлении макрофагов в тканях не вполне ясен.

Созревание в ряду мононуклеары - фагоциты характеризуется появлением набора мембранных маркеров, новых рецепторов и функций. Присутствие или отсутствие одного или многих таких маркеров позволяет разработать критерии для характеристики мононуклеарных фагоцитов.

Свойства двух различных доменов Т-супрессорных молекул

Без использования этих маркеров на основании только морфологических критериев было бы крайне трудно различать между собой моноциты, лимфоциты, предшественники моноцитов (монобласты и промоноциты) и предшественники гранулоцитов (миелобласты и промиелоциты).

Одним из наиболее надежных маркеров для идентификации мононуклеар- ных фагоцитов у человека и животных служит фермент неспецифическая эстера- за. При использовании в качестве субстрата а-нафтилбутирата или а-нафтилацетата все моноциты и макрофаги дают положительную реакцию, хотя ее интенсивность зависит от вида животного, стадии развития, а также условий культивирования и функционального состояния клеток. В макрофагах неспецифическая эстераза расположена диффузно в цитоплазме. Иногда этот фермент обнаруживается в Т-клетках, но там он выявляется в виде положительных точек в гранулах. Фагоциты содержат также другой фермент - лизоцим, который легко обнаруживается с помощью флуоресцентно-меченных антител. Третий ферментативный маркер фагоцитов - пероксидаза. Она особенно удобна для идентификации различных стадий развития фагоцитов, так как внутриклеточная локализация пероксидазы в монобластах, промоноцитах, моноцитах и макрофагах различна. Гранулы, содержащие пероксидазу, обнаруживаются только в монобластах, промоноцитах, моноцитах и макрофагах экссудата - в неактивированных макрофагах методом световой микроскопии пероксидаза не выявляется. Поверхностный фермент 5"-нуклеотидаза также удобен для различения покоящихся и активированных макрофагов: его активность высока в покоящихся клетках и крайне мала в активированных. Активность двух других поверхностных ферментов лейцинаминопептидазы и щелочной фосфодиэстеразы I, наоборот, при активации увеличивается.

Мононуклеарные фагоциты имеют рецепторы к Fc-району IgG и к третьему компоненту комплемента (СЗ), а также обладают такой функциональной характеристикой, как активный эндоцитоз. Считается, что клетку можно относить к мононуклеарным фагоцитам, лишь проверив ее способность к иммунному фагоцитозу: поглощению опсонизированных бактерий или эритроцитов, покрытых IgG. Способность к поглощению эритроцитов, покрытых комплементом, приобретается только при активации мононуклеарных фагоцитов. Все мононуклеарные фагоциты способны к пиноцитозу, причем различают две формы пиноцитоза. При макропиноцитозе возникают выросты поверхностной мембраны клетки, в результате чего образуются относительно крупные пузырьки (0,1-1 мкм). В макрофагах этот механизм доминирует, и с его помощью обеспечиваются почти все поглощение растворенных веществ и интериоризация мембраны. Возможно, эти пузырьки играют роль также в транспорте веществ из клетки наружу. Для микропиноцитоза характерно образование мельчайших впячиваний плазматической мембраны (размер пузырьков меньше 0,1 мкм). Поглощение растворенных молекул в пузырьках называют микропиноцитозом в жидкой фазе, а поглощение молекул, прикрепившихся к клеточной поверхности с помощью неспецифических рецепторов,- поверхностным микропиноцитозом. Последний сопровождается образованием окаймленных пузырьков.

В последние пять лет стали доступны моноклональные антитела, что дает возможность идентифицировать члены дифференцировочного ряда моноциты - макрофаги. Эти маркеры моноцитов-макрофагов очень удобны для определения числа макрофагов в суспензии клеток, избирательного удаления макрофагов с помощью комплементзависимого лизиса или флуоресцентного сортера клеток (ФАКС), идентификации клеток-предшественников макрофагов, имеющих набор общих антигенов, а также для диагностики опухолей ретикулоэндотелиального происхождения, относящихся к ряду макрофагов.

Одним из первых реагентов, узнающих поверхностный антиген макрофагов, были крысиные антимышиные моноклональные антитела М1/70. Иммунофлуоресцентный анализ с помощью клеточного сортировщика (ФАКС) показал, что антиген (МАС-1), узнаваемый этими антителами, в большом количестве экспрессируется перитонеальными макрофагами, активированными тиогликолятом, и в несколько меньшем количестве моноцитами и гранулоцитами периферической крови (8% клеток селезенки и 50% клеток костного мозга). МАС-1 обнаруживался также на поверхности мышиных природных киллеров, но отсутствовал у тимоцитов, клеток периферических лимфоузлов и клеток В- и Т-лимфоидных линий. Иммунопреципитация меченных 1251 белков поверхности макрофагов показала, что МАС-1 содержит полипептиды с молекулярной массой 170 и 95 кДа. MI/70 перекрестно реагировали с антигеном, экспрессируемым человеческими моноцитами крови, и в меньшей степени гранулоцитами и природными киллерами. МАС-1 представляет собой удобный маркер для различения макрофагов и лимфоцитов, поскольку его экспрессия не зависит от дифференцировочных сигналов, воспринимаемых макрофагами. 0§, например, экспрессируется более чем 86% неактивированных перитонеаль- ных макрофагов, так же как и макрофагами, активированными тиогликолятом, конканавалином А (Кон А), липополисахаридом (ЛПС), Listeria monocytogenes или пептоном; во всех случаях популяции макрофагов экспрессируют одинаковое количество МАС-1 на клетку.

Два других структурно отличных антигена макрофагов, МАС-2 и 54-2, по- разному экспрессируются разными популяциями макрофагов. МАС-2 в изобилии выявляется на поверхности макрофагов, активированных тиогликолятом, но не на макрофагах, ничем не активированных или активированных Кон А, ЛПС или Listeria. Антиген 54-2 экспрессируется макрофагами, активированными тиогликолятом, макрофагами культивируемого костного мозга, тучными клетками, но не «оседлыми» перитонеальными макрофагами или моноцитами. Присутствие этого антигена на поверхности макрофагов, активированных другими агентами, не изучалось.

Большое количество мышиных моноклональных антител, реагирующих с неполиморфными антигенами клеток ряда моноцитов-макрофагов, было получено при иммунизации человеческими тканями. Некоторые антигены выявляются у большинства моноцитов, изолированных из периферической крови, в то время как другие характерны для небольших, по-видимому функционально различных, популяций. Многие антитела выявляют антигены, общие для моноцитов и других элементов периферической крови: гранулоцитов, Т-лимфо-цитов, тромбоцитов и природных киллеров.

В заключение следует отметить, что пока нет четкого критерия, определяющего, сколько клеток в данной популяции должны быть положительными по данному маркеру, чтобы считать эту популяцию мононуклеарными фагоцитами. Ни один из используемых сейчас маркеров, за исключением разве что некоторых моноклональных антител, не выявляется у 100% клеток. Как указывалось выше, необходимо учитывать стадию клеточной дифференцировки, а также уровень активации. В незрелых клетках некоторые характеристики могут быть выражены слабо или совсем отсутствовать, у активированных клеток эти же свойства могут появляться, усиливаться после активации или, наоборот, исчезать. Моноклональные антитела позволяют идентифицировать антигены, различающиеся у разных членов ряда моноциты - макрофаги. По-видимому, макрофаги, как и лимфоциты, можно подразделять на субпопуляции, различные в антигенном и функциональном отношениях.

Система мононуклеарных фагоцитов (греч. monox один + лат. nucleos ядро: греч. рhagos пожирающий, поглощающий + гистол. суtus клетка; синоним: макрофагальная система, моноцитарно-макрофагальная система) - физиологическая защитная система клеток, обладающих способностью поглощать и переваривать чужеродный материал. Клетки, входящие в состав этой системы, имеют общее происхождение, характеризуются морфологическим и функциональным сходством и присутствуют во всех тканях организма.

Основой современного представления о С. м. ф. является фагоцитарная теория, разработанная И.И. Мечниковым в конце 19 в., и учение немецкого патолога Ашоффа (К. А.L. Aschoff) о ретикулоэндотелиальной системе (РЭС). Первоначально РЭС была выделена морфологически как система клеток организма, способных накапливать витальный краситель кармин. По этому признаку к РЭС были отнесены гистиоциты соединительной ткани, моноциты крови, клетки Купфера печени, а также ретикулярные клетки кроветворных органов, эндотелиальные клетки капилляров, синусов костного мозга и лимфатического узлов. По мере накопления новых знаний и совершенствования морфологических методов исследования стало ясно, что представления о ретикулоэндотелиальной системе расплывчаты, не конкретны, а в ряде положений просто ошибочны. Так, например, ретикулярным клеткам и эндотелию синусов костного мозга и лимфатических узлов длительное время приписывалась роль источника фагоцитирующих клеток, что оказалось неверным. В настоящее время установлено, что мононуклеарные фагоциты происходят из циркулирующих моноцитов крови. Моноциты созревают в костном мозге, затем поступают в кровяное русло, откуда мигрируют в ткани и серозные полости, становясь макрофагами. Ретикулярные клетки выполняют опорную функцию и создают так называемое микроокружение для кроветворных и лимфоидных клеток. Эндотелиальные клетки осуществляют транспорт веществ через стенки капилляров. Непосредственного отношения к защитной системе клеток ретикулярные клетки и эндотелий сосудов не имеют. В 1969 г. на конференции в Лейдене, посвященной проблеме РЭС, понятие «ретикулоэндотелиальная система» было признано устаревшим. Вместо него принято понятие «система мононуклеарных фагоцитов». К этой системе относят гистиоциты соединительной ткани, клетки Купфера печени (звездчатые ретикулоэндотелиоциты), альвеолярные макрофаги легких, макрофаги лимфатических узлов, селезенки, костного мозга, плевральные и перитонеальные макрофаги, остеокласты костной ткани, микроглию нервной ткани, синовиоциты синовиальных оболочек, клетки Лангергаиса кожи, беспигментные гранулярные дендроциты. Различают свободные, т.е. перемещающиеся по тканям, и фиксированные (резидентные) макрофаги, имеющие относительно постоянное место.

Макрофаги тканей и серозных полостей, по данным сканирующей электронной микроскопии, имеют форму, близкую к сферической, с неровной складчатой поверхностью, образованной плазматической мембраной (цитолеммой).

Клетки С. м. ф. обладают рядом функций, в основе которых лежит их способность к эндоцитозу, т.е. поглощению и перевариванию инородных частиц и коллоидных жидкостей. Благодаря этой способности они выполняют защитную функцию. Посредством хемотаксиса макрофаги мигрируют в очаги инфекции и воспаления, где осуществляют фагоцитоз микроорганизмов, их умерщвление и переваривание. В условиях хронического воспаления могут появляться особые формы фагоцитов - эпителиоидные клетки (например, в инфекционной гранулеме) игигантские многоядерные клетки типа клеток Пирогова - Лангханса и типа клеток инородных тел. которые образуются путем слияния отдельных фагоцитов в поликарион - многоядерную клетку (рис. 2 ). В гранулемах макрофаги вырабатывают гликопротеид фибронектин, который привлекает фибробласгы и способствует развитию а.

Клетки С. м. ф. принимают участие в иммунных процессах. Так, непременным условием развития направленного иммунного ответа является первичное взаимодействие макрофага с антигеном. При этом антиген поглощается и перерабатывается макрофагом в иммуногенную форму. Иммунная стимуляция лимфоцитов происходит при непосредственном контакте их с макрофагом, несущим преобразованный антиген. Имунный ответ в целом осуществляется как сложное многоэтапное взаимодействие Г- и В-лимфоцитов с макрофагами.

Макрофаги обладают противоопухолевой активностью и проявляют цитотоксические свойства в отношении опухолевых клеток. Эта активность особенно выражена у так называемых иммунных макрофагов, осуществляющих лизис опухолевых клеток-мишеней при контакте с сенсибилизированными Т-лимфоцитами, несущими цитофильные антитела (лимфокины).

Клетки С. м. ф. принимают участие в регуляции миелоидного и лимфоидного кроветворения. Так, островки кроветворения в красном костном мозге, селезенке, печени и желточном мешке эмбрионе формируются вокруг особой клетки - центрального макрофага, организующего эритропоэз эритробластического островка. Клетки Купфера печени участвуют в регуляции кроветворения путем выработки эритропоэтина.

Мононуклеарным фагоцитам (моноцитам и макрофагам) принадлежит важнейшая роль в иммунных реакциях, защите организма от инфекций, а также восстановлении и перестройке тканей. Не бывает человека, у которого отсутствовала бы эта линия клеток, поскольку макрофаги, по-видимому, необходимы для удаления примитивных тканей по мере их замещения новыми в процессе эмбрионального развития.

Моноциты и различные формы тканевых макрофагов составляют систему мононуклеарных фагоцитов. Это именно система, так как все мононуклеары имеют общее происхождение, сходное строение и одинаковые функции (фагоцитоз).

Основная локализация макрофагов в тканях :
Печень (купферовские клетки).
Легкие (интерстициальные и альвеолярные макрофаги).
Соединительная ткань.
Серозные полости (плевральные и перитонеальные макрофаги).
Кости (остеокласты).

Головной мозг (реактивные клетки микроглии).
Селезенка, лимфатические узлы, костный мозг.
Стенка кишечника.
Грудное молоко.
Плацента.
Гранулемы (многоядерные гигантские клетки).

Моноциты - циркулирующие в крови предшественники тканевых - развиваются в костном мозге быстрее и остаются в крови дольше нейтрофилов. Первый предшественник моноцита, монобласт, превращается в промоноцит, несколько более крупную клетку с цитоплазматическими гранулами и вдавленным ядром, состоящую из небольших глыбок хроматина, и, наконец, - в полностью развитый моноцит.

Зрелый моноцит по своим размерам больше нейтрофила, и его цитоплазма заполнена гранулами, содержащими гидролитические ферменты. Превращение монобласта в зрелый моноцит крови занимает около 6 сут. Моноциты сохраняют некоторую способность к делению и после попадания в ткани подвергаются дальнейшей дифференцировке; в тканях они могут оставаться в течение нескольких недель и месяцев.

В отсутствие воспаления моноциты , по-видимому, случайным образом попадают в ткани. Оказавшись там, они трансформируются в тканевые макрофаги, морфологические, а иногда и функциональные свойства которых зависят от конкретной ткани. Органоспецифические факторы влияют на дифференцировку моноцитов и определяют их метаболические и структурные особенности. В печени они превращаются в купферовские клетки, которые соединяют синусоиды, разделяющие соседние пластинки гепатоцитов.

В легких они представлены крупными эллипсоидными альвеолярными макрофагами , в костях - остеокластами. Все макрофаги обладают по крайней мере тремя основными функциями - антигенпредставляющей, фагоцитарной и иммуномодулирующей, связанной с секрецией многих цитокинов. В очагах воспаления моноциты и макрофаги могут сливаться друг с другом, образуя многоядерные гигантские клетки - последняя стадия развития мононуклеарных фагоцитов. Под действием некоторых цитокинов моноциты крови дифференцируются в дендритные клетки, которые особенно эффективно представляют антигены лимфоцитам.

Система мононуклеарных фагоцитов включает в себя монобласты, промоноциты, моноциты и тканевые макрофаги. В отличие от гранулоцитов, в костном мозге отсутствует существенный запас моноцитов. Созревшие клетки практически немедленно покидают костный мозг, в течение 20-40 часов циркулируют в крови, после чего мигрируют в ткани, где дифференцируются в макрофаги - долгоживущие клетки, способные к фагоцитозу и принимающие участие во многих иммунных и воспалительных реакциях. В частности, макрофаги участвуют в презентации чужеродного антигена иммунной системе и секретируют большое количество ростовых факторов (ИЛ-1, ФНО, ИЛ-3, ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ, ИЛ-4, ИЛ-6). Продолжительность жизни макрофагов в тканях может достигать нескольких лет. Функции макрофагов различной локализации несколько различаются. К основным группам тканевых макрофагов относятся: 1) клетки почечного мезангия; 2)клетки микроглии; 3)альвеолярные макрофаги; 4) макрофаги серозных полостей; 5)купфферовские клетки печени; 6) клетки Лангерганса в коже; 7) макрофаги синусов селезенки; 8) макрофаги костного мозга; 9) макрофаги синусов лимфатических узлов.

Контроль грануломонопоэза с помощью ростовых факторов.

На всех этапах созревания и дифференцировки клетки гранулоцитарного и моноцитарного рядов находятся под контролем ростовых факторов. Так, СКК превращается в полипотентную клетку-предшественницу миелопоэза под синергическим воздействием ИЛ-1, ИЛ-3 и ИЛ-6. Другие ростовые факторы стимулируют созревание и продукцию более дифференцированных клеток: ГМ-КСФ - гранулоцитов и моноцитов, Г-КСФ - гранулоцитов, М-КСФ-моноцитов, ИЛ-5 - эозинофилов. Ростовые факторы не только способствуют росту и дифференцировке клеток, но и повышают функциональную активность зрелых гранулоцитов (фагоцитоз, выработку супероксида и цитотоксичность) и моноцитов (фагоцитоз, цитотоксичность и продукцию других цитокинов моноцитами), а также нарушают целостность мембран и адгезивную способность клеток-мишеней.

Продукция ростовых факторов стромальными клетками (фибробласты, макрофаги, эндотелиальные клетки) и Т-лимфоцитами имеет большое значение в поддержании базального уровня гранулоцитов и моноцитов. Увеличение количества фагоцитов при инфекциях происходит в результате повышенного образования ростовых факторов вследствие воздействия эндотоксина, ИЛ-1 и ФНО на клетки стромы и Т-лимфоциты. В этой ситуации, а также при “выходе” из агранулоцитоза в крови больных могут обнаруживаться ростовые факторы (например, ГМ-КСФ), которые в нормальных условиях отсутствуют.

Клиническое применение ростовых факторов.

Внутривенная или подкожная инфузия ростовых факторов приводит к повышению продукции гранулоцитов (Г-КСФ), гранулоцитов и моноцитов (ГМ-КСФ), тромбоцитов, ретикулоцитов, гранулоцитов и моноцитов (ИЛ-3).

Сферы использования ростовых факторов:

1)после радио- и/или цитостатической терапии, либо трансплантации костного мозга или стволовых клеток периферической крови (Г-КСФ, ГМ-КСФ);

2)мобилизация стволовых клеток периферической крови перед трансплантацией (Г-КСФ, ГМ-КСФ);

3)миелодиспластический синдром (ГМ-КСФ и ИЛ-3);

4)апластическая анемия (ГМ-КСФ, ИЛ-3);

5)идиопатическая нейтропения (Г-КСФ);

6)тяжелые инфекции (для стимуляции функции фагоцитов, используются в сочетании с антибиотиками);

7)ВИЧ-инфекция (увеличение количества и повышение функции фагоцитов, уменьшение миелотоксичности проводимой терапии).

К мононуклеарным фагоцитам относятся моноциты периферической крови и тканевые макрофаги (макрофаги соединительной ткани, макрофаги печени, альвеолярные макрофаги легких, свободные и фиксированные макрофаги селезёнки и лимфатических узлов, макрофаги серозных полостей, клетки микроглии ЦНС, остеокласты костной ткани) (Рис. 2-28). Мононуклеарные фагоциты (М.Ф.) генерируются в костном мозге из кроветворной полипотентной клетки и в форме моноцита покидают орган и поступают в кровоток (Рис. 2-27). Часть тканевых макрофагов образуется из моноцитов крови и часть — в результате пролиферации тканевых макрофагов.

Мононуклеарные фагоциты обладают следующими свойствами:

1) высокой фагоцитарной способностью и бактерицидностью. (Мононуклеарные фагоциты способны поглощать микроорганизмы, повреждённые и погибшие клетки, разрушать их и метаболизировать);

2) участвуют в индукции гуморального и клеточного иммунитета (представляют антиген лимфоцитам в иммуногенной форме);

3) оказывают регуляторное влияние на развитие иммунных реакций и гемопоэз (продуцируемые клетками ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-12, ИЛ-8 оказывают активирующее действие на Т-хелперы, Т-цитотоксические клетки, В-лимфоциты, а гемопоэтины (ГМ-КСФ,Г-КСФ) – повышают функциональную активность кроветворных клеток);

4) являются эффекторами иммунных реакций. (Активированные макрофаги способны уничтожать чужеродные и опухолевые клетки через развитие реакции АЗКЦ или экзопродукцию гидролитических энзимов, цитотоксических форм кислорода и ФНОa).

На мембране макрофагов экспрессированы различные рецепторы для захвата микроорганизмов: макрофагальный маннозный рецептор (ММР), Scavenger-рецептор (рецептор-мусорщик, МРМ), рецепторы для бактериального ЛПС. Благодаря ММР, осуществляется захват Mycobacteria, Leishmania, Legionella, Pseudomonas aeraginosa и других. Через МРМ происходит эндоцитоз липопротеинов при превращении макрофага в пенистую клетку, а также фагоцитоз большинства бактерий. Помимо этих рецепторов, на поверхностной мембране макрофагов выявлены многочисленные рецепторы для цитокинов, гормонов, компонентов комплемента (С3, С4) и Fc-фрагмента иммуноглобулинов. Повышенная экспрессия рецепторов для Fc-фрагмента иммуноглобулинов и С3 ассоциируется с увеличением функциональной активности макрофагов и может модулироваться биологически активными субстанциями, например, усиливаться цитокинами, ингибироваться кортикостероидами.

Кроме рецепторов, на поверхности макрофагов идентифицировано большое число антигенов, но ни один из них не является строго специфичным для этих клеток. Наиболее характерным считается антиген СD14, функционирующий как рецептор для ЛПС клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Связывание молекулой CD14 комплекса бактериальных ЛПС вызывает немедленную активацию макрофагов, включение синтеза провоспалительных цитокинов и стимуляцию моноцитопоэза. В соответствии с этим молекула CD14 рассматривается как рецептор для фактора роста макрофагов. Экспрессия этого рецептора на макрофагах повышается при воспалении и иммунном ответе.

Возможно участие CD14 в процессе адгезии моноцитов к эндотелиальным клеткам, хотя обратимая адгезия моноцитов к эндотелию при трансэндотелиальной миграции больше связана с другим компонентом мембраны – CD31. На моноцитах крови экспрессированы два β 2-интегрина: LFA-1 (CD11a) и Mac-1 (CD11b), а также β 1-интегрин VLA-4 (CD29). Их лигандами на эндотелиальных клетках являются молекулы адгезии ICAM-1, ICAM-2, VCAM-1, фибриноген, фибронектин и другие. Экспрессия этих лигандов на эндотелиальных клетках возрастает под влиянием провоспалительных цитокинов.

Наиболее мощным и специфическим индуктором активности макрофагов является ИНФg. Активация макрофагов включает комплекс структурно-функциональных сдвигов, направленных на повышение защитной способности клеток. В процессе активации резко увеличивается интенсивность метаболических процессов, повышаются синтез и секреция биологически активных продуктов, активность лизосомных ферментов, экспрессия поверхностных рецепторов и антигенов, что проявляется усилением фагоцитарной активности макрофагов.

Мононуклеарные фагоциты, в отличие от Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов, не имеют клонально-заданных свойств и не обладают антигенной специфичностью, в иммунных реакциях они выступают как неспецифические клетки.